Цепи приводные двухрядные ANSI

Цепи приводные двухрядные ANSI: конструкция, стандарты, применение и подбор

Цепь приводная двухрядная ANSI представляет собой ключевой компонент в системах механической передачи мощности, предназначенный для работы с высокими нагрузками в условиях ограниченного межосевого расстояния или необходимости повышения надежности и срока службы передачи. В отличие от однорядных цепей, двухрядная конструкция, соответствующая стандартам Американского национального института стандартов (ANSI), обеспечивает удвоенную несущую способность при сохранении того же шага цепи, что позволяет передавать больший крутящий момент без увеличения габаритов привода. Данный тип цепей находит широкое применение в промышленном оборудовании, конвейерных системах, сельскохозяйственной и горнодобывающей технике, деревообрабатывающих станках и других областях, где предъявляются повышенные требования к мощности и долговечности.

Стандарты и маркировка

Стандарт ANSI B29.1 является основополагающим документом, регламентирующим размеры, допуски, минимальные пределы прочности и методы измерения для приводных роликовых цепей, включая двухрядные. Маркировка цепи следует четкой системе. Например, цепь ANSI 40-2 или 40-2D. Здесь «40» обозначает номер цепи (шаг в восьмых долях дюйма: 4/8″ = 1/2″ или 12.7 мм). Цифра «2» или литера «D» (Double) указывает на количество рядов – в данном случае два. Таким образом, цепь 40-2 имеет шаг 12.7 мм и двухрядную конструкцию. Аналогично, цепь 80-2 будет иметь шаг 1″ (25.4 мм) и два ряда. Важно отметить, что двухрядная цепь не является простым сдваиванием двух однорядных цепей; это единая конструкция с общими соединительными звеньями (пинами) определенной увеличенной длины, прошедшая балансировку и термическую обработку для обеспечения равномерного распределения нагрузки.

Конструктивные особенности и материалы

Основными элементами двухрядной приводной цепи ANSI являются:

• Внутренние пластины: Устанавливаются между рядами роликов и имеют отверстия для запрессовки втулок. Изготавливаются из среднеуглеродистой или легированной стали (например, 50CrV4) с последующей термообработкой (закалка и отпуск) для достижения высокой прочности и износостойкости.
• Внешние пластины: Закрывают цепь с обеих сторон. Материал и обработка аналогичны внутренним пластинам.
• Пины (оси): Проходят через втулки обоих рядов и внешние пластины, являются основным соединительным элементом. Выполняются из цементируемой стали, подвергаются цементации и закалке для получения твердой износостойкой поверхности и вязкой сердцевины.
• Втулки: Напрессованы во внутренние пластины каждого ряда. Изготавливаются из цементируемой стали и закаливаются.
• Ролики: Свободно вращаются на втулках, обеспечивая зацепление с зубьями звездочки. Материал – цементируемая или закаливаемая сталь.

Для работы в особых условиях цепи могут поставляться с различными покрытиями (цинкование, никелирование, кадмирование) или из нержавеющих сталей (серии 300 и 400). Также существуют модификации с твердой смазкой (продавливаемой в шарниры) для применения в условиях высоких температур или запыленности.

Основные параметры и размеры (на примере популярных типоразмеров)

В таблице приведены ключевые параметры для наиболее распространенных двухрядных цепей ANSI.

Таблица 1. Характеристики двухрядных цепей ANSI (выборка)

Обозначение ANSI	Шаг, мм (дюйм)	Внутренняя ширина, мм	Диаметр ролика, мм	Диаметр пина, мм	Длина пина (прибл.), мм	Мин. предел прочности на растяжение, кН
35-2	9.525 (3/8″)	4.88	5.08	3.30	21.8	16.9
40-2	12.70 (1/2″)	7.95	7.92	4.45	29.1	31.1
50-2	15.875 (5/8″)	9.54	10.16	5.08	36.6	44.5
60-2	19.05 (3/4″)	12.71	11.91	5.95	43.9	66.7
80-2	25.40 (1″)	15.88	15.88	7.94	58.6	111.2

Расчет и подбор двухрядной цепи ANSI

Процесс выбора цепи является инженерной задачей и основывается на следующих ключевых шагах:

1. Определение передаваемой мощности (P): Мощность, которую необходимо передать, с учетом коэффициента запаса (обычно от 1.2 до 1.5).
2. Учет коэффициентов эксплуатации (K_s): Общий коэффициент службы рассчитывается как произведение отдельных коэффициентов, учитывающих тип привода, характер нагрузки, условия смазки, продолжительность работы в сутки и т.д.
3. Расчет расчетной мощности (P_расч): P_расч = P
4. K_s.
5. Выбор шага цепи по номограммам или таблицам производителя: По значению P_расч и частоте вращения малой звездочки (n₁) определяется номер цепи (шаг). Важно помнить, что увеличение шага повышает несущую способность, но приводит к росту динамических нагрузок и шума. Для высокооборотных передач предпочтительны цепи с меньшим шагом.
6. Определение числа зубьев звездочек: Число зубьев малой звездочки (Z₁) выбирается из стандартного ряда, обычно не менее 17 для средних скоростей. Чем больше Z₁, тем плавнее ход и меньше износ. Число зубьев большой звездочки (Z₂) рассчитывается исходя из передаточного числа: Z₂ = Z₁
7. i. Рекомендуется Z₂ < 120.
8. Расчет межосевого расстояния (a): Оптимальное межосевое расстояние составляет 30-50 шагов цепи. Оно должно обеспечивать провисание ведомой ветви и достаточный угол обхвата на малой звездочке (не менее 120°).
9. Проверка на число ударов и долговечность: Рассчитывается частота ударов роликов о зубья звездочки. Для двухрядных цепей допустимые значения ниже, чем для однорядных, из-за большей массы. Также выполняется расчет на износостойкость по удельному давлению в шарнирах.

Монтаж, смазка и обслуживание

Правильный монтаж и обслуживание критически важны для реализации заложенного ресурса двухрядной цепи.

• Монтаж: Цепь собирается с помощью соединительных (замковых) звеньев. Важно обеспечить соосность валов звездочек и параллельность их плоскостей. Натяжение цепи должно исключать провисание ведомой ветви, но не создавать излишней нагрузки на валы и подшипники. Для контроля натяжения обычно измеряют стрелу прогиба.
• Смазка: Является наиболее важным фактором долговечности. Для двухрядных цепей, работающих под высокой нагрузкой, предпочтительна принудительная подача масла в зону зацепления и на внутренние поверхности пластин. Допустимы также методы капельной смазки или погружения (для тихоходных передач). Консистентные смазки не рекомендуются для высокоскоростных передач, так как не проникают в зазоры шарниров. Тип и вязкость масла выбираются в зависимости от скорости и температуры работы.
• Обслуживание: Включает регулярный визуальный контроль на предмет износа, повреждений пластин или роликов, проверку натяжения и состояния смазки. Измерение удлинения цепи (износ шарниров) – ключевой параметр для определения необходимости замены. Критическим считается износ, приводящий к удлинению цепи на 3% от первоначальной длины.

Преимущества и недостатки по сравнению с однорядными цепями

Преимущества:

• Высокая мощность передачи при том же шаге и габаритах.
• Возможность уменьшения межосевого расстояния при сохранении передаточного числа и мощности.
• Повышенная надежность и ресурс при правильном подборе (нагрузка распределяется на два ряда).
• Меньшее провисание благодаря большей жесткости.

Недостатки:

• Более высокая стоимость.
• Большая масса, что может увеличивать инерционные нагрузки.
• Повышенные требования к точности изготовления и монтажа (распределение нагрузки между рядами).
• Более сложная процедура сборки и натяжения.
• Ограничения по максимальной частоте вращения из-за большей массы.

Ответы на часто задаваемые вопросы (FAQ)

Чем принципиально отличается двухрядная цепь ANSI от двух параллельно установленных однорядных цепей?

Две параллельные однорядные цепи требуют абсолютной идентичности по длине и износу, а также высокой точности установки звездочек для равномерного распределения нагрузки. На практике достичь этого сложно, что приводит к перегрузке одной из цепей и ее ускоренному выходу из строя. Двухрядная цепь конструктивно представляет собой единое целое с общими пинами, что гарантирует синхронную работу обоих рядов и равномерное распределение нагрузки между ними.

Можно ли использовать звездочку для однорядной цепи с двухрядной цепью?

Нет, категорически нельзя. Ширина венца звездочки для двухрядной цепи (тип B) значительно больше, чем для однорядной (тип A). Использование неподходящей звездочки приведет к неправильному зацеплению, перекосу цепи, ускоренному износу зубьев, роликов и, в конечном итоге, к поломке.

Как правильно определить износ двухрядной цепи и когда ее необходимо заменить?

Основной критерий износа – удлинение цепи из-за увеличения зазора в шарнирах (между пином и втулкой). Измеряется на отрезке в 100-120 звеньев под умеренным натяжением. Для двухрядных цепей замену рекомендуется проводить при достижении удлинения на 2.5-3% от первоначальной длины. Также цепь подлежит замене при наличии трещин, сколов, деформации пластин или заклинивания роликов.

Каковы особенности смазки двухрядных цепей?

Из-за более сложной конструкции и высоких нагрузок требования к смазке ужесточаются. Особое внимание должно уделяться смазке внутренних поверхностей между рядами пластин. Наилучший эффект дает циркуляционная или принудительная струйная смазка, обеспечивающая проникновение масла во все шарниры. При использовании метода погружения необходимо убедиться, что уровень масла достаточен для смазки средней части цепи.

В чем разница между цепями ANSI и ISO?

Стандарты ANSI B29.1 (американский) и ISO 606 (международный) в их современном виде практически идентичны по основным размерам для стандартных рядов. Например, цепь ANSI 40-2 соответствует цепи ISO 08B-2. Однако могут существовать различия в допусках, материалах и методах испытаний, указанных в сопутствующих стандартах. При замене важно убедиться в полной взаимозаменяемости по каталожным номерам производителя.

Как выбрать между однорядной и двухрядной цепью для проекта?

Выбор основывается на расчете. Если для передачи требуемой мощности при заданных скоростях и условиях однорядная цепь имеет недостаточный запас прочности или требует неоправданно большого шага (что ведет к увеличению габаритов и динамических нагрузок), то логичным решением является переход на двухрядную цепь того же или меньшего шага. Также двухрядная цепь предпочтительна при жестких ограничениях по межосевому расстоянию.