Цепи приводные роликовые

Цепи приводные роликовые: конструкция, стандарты, применение и подбор

Цепь приводная роликовая представляет собой ключевой элемент цепного привода, предназначенный для передачи механической энергии между двумя или более валами, расположенными на значительном расстоянии друг от друга. Основная функция — преобразование вращательного движения ведущей звездочки в такое же движение ведомой с высоким КПД (до 98%) и возможностью изменения передаточного числа. В отличие от втулочных, роликовые цепи имеют на втулках свободно вращающиеся ролики, которые уменьшают трение и износ зубьев звездочки при входе в зацепление.

Конструкция и составные элементы

Стандартная роликовая цепь собирается из последовательно соединенных одинаковых звеньев. Каждое звено состоит из следующих деталей:

• Внешние пластины (щеки): Соединяются запрессованными валиками (пинами) через втулки внутреннего звена. Испытывают в основном растягивающую нагрузку.
• Внутренние пластины (щеки): Напрессованы на втулки, которые свободно вращаются на валиках соседнего звена. Соединяются с внешними пластинами следующего звена через ролики.
• Валик (Pin): Неподвижная ось, запрессованная во внешние пластины. Является телом качения для втулки внутреннего звена.
• Втулка (Bush): Неподвижно закреплена во внутренних пластинах. Обеспечивает поверхность качения для валика и служит опорой для ролика.
• Ролик (Roller): Свободно вращается на втулке. Его основная задача — контактировать с профилем зуба звездочки, уменьшая трение скольжения и износ.

Материалы: пластины изготавливаются из средне- или высокоуглеродистой стали (часто 50Mn, C45) с последующей термообработкой (закалка, отпуск) для достижения требуемой прочности и усталостной выносливости. Валики, втулки и ролики производятся из цементируемых сталей (например, 20Mn2) с последующей цементацией и закалкой для получения твердой износостойкой поверхности и вязкой сердцевины.

Классификация, стандарты и обозначения

Наиболее распространенным мировым стандартом является ANSI B29.1 (Американский национальный институт стандартов). В Европе и России широко используется аналог — стандарт ISO 606 (ГОСТ 13568-97). Цепи различаются по шагу (расстоянию между центрами соседних валиков), диаметру ролика и ширине.

Основные ряды и параметры роликовых цепей по ISO 606 (ГОСТ 13568-97)

Обозначение цепи (ANSI)	Шаг, P (мм)	Диаметр ролика, d1 (мм), макс.	Внутренняя ширина, b1 (мм), мин.	Диаметр валика, d2 (мм), макс.	Средняя разрушающая нагрузка, кН (min)
08B / 06B	12.70	8.51	7.75	4.45	17.8
10A / 10B	15.875	10.16	9.40	5.08	22.2 / 24.6
12A / 12B	19.05	12.07	12.57	5.94	31.1 / 33.4
16A / 16B	25.40	15.88	15.75	7.92	55.6 / 60.0
20A / 20B	31.75	19.05	18.90	9.53	86.7 / 95.0
24A / 24B	38.10	22.23	25.22	11.10	124.6 / 136.0

Буква в обозначении указывает на серию: «A» — цепь с имперскими размерами (редуцированная), «B» — цепь с метрическими размерами (нормальная). Цифра соответствует шагу в долях дюйма, деленным на 8 (например, 16B: шаг = 16/8 = 2 дюйма = 25.4 мм). Существуют также усиленные серии (H, HV), двух- и трехрядные цепи (обозначаются, например, 16B-2, 16B-3), а также специализированные модификации: с полыми валиками (для крепления дополнительных элементов), с износостойкими покрытиями (никелирование, кадмирование), с защитой от коррозии (из нержавеющей стали).

Критерии выбора и расчет привода

Подбор цепи осуществляется на основе расчета на износостойкость (основной критерий) и статическую прочность (на случай пиковых нагрузок). Расчетная мощность, передаваемая цепью, должна быть меньше допускаемой мощности, определяемой по формуле с учетом условий эксплуатации.

Основные этапы расчета и выбора:

• Определение передаточного числа (i): i = n1 / n2 = z2 / z1, где n1, n2 — частоты вращения ведущей и ведомой звездочек, z1, z2 — число их зубьев.
• Выбор числа зубьев малой звездочки (z1): Рекомендуется z1_min = 17-19 для нормальных скоростей (v=5-10 м/с). С увеличением скорости требуется больше зубьев (до 25-35) для снижения шума и динамических нагрузок. Для тихоходных передач (v < 2 м/с) допускается z1_min = 13.
• Расчетное число зубьев большой звездочки (z2): z2 = i
• z1. Максимально рекомендуется z2 ≤ 120 во избежание соскакивания цепи при износе.
• Определение коэффициента эксплуатации (Kэ): Kэ = K1 K2 K3 K4 K5
• K6, где:
• K1 — коэффициент динамичности нагрузки (равномерная, ударная);
• K2 — коэффициент, учитывающий межосевое расстояние (оптимально a = (30-50)P);
• K3 — коэффициент способа смазки (непрерывная, капельная, периодическая);
• K4 — коэффициент угла наклона линии центров к горизонту;
• K5 — коэффициент регулировки натяжения (регулируемое положение оси, нерегулируемое);
• K6 — коэффициент режима работы (количество смен).
• Расчет мощности (Pр) для таблиц выбора: Pр = P
• Kэ, где P — номинальная мощность на ведущем валу.
• Выбор шага цепи по таблицам номинальной мощности: По величине Pр и частоте вращения малой звездочки n1 из каталогов выбирается тип цепи (шаг и рядность). Чем выше скорость, тем предпочтительнее цепи меньшего шага (и многорядные для увеличения несущей способности).
• Проверка частоты ударов: Частота ударов ролика о зуб звездочки W = z1
• n1 / 60 должна быть ниже допустимой по таблицам (особенно важно для высокоскоростных передач).
• Проверка на статическую прочность: n = Q / (F + Fц + Ff) ≥ [n], где Q — разрушающая нагрузка цепи, F — полезное окружное усилие, Fц — центробежная сила, Ff — сила от провисания, [n] — нормативный коэффициент запаса прочности (обычно 7-10 для приводных цепей).

Монтаж, эксплуатация и обслуживание

Правильный монтаж и обслуживание напрямую влияют на ресурс цепи. Монтаж осуществляется с использованием специальных соединительных (замковых) звеньев. Важно обеспечить соосность валов и параллельность плоскостей звездочек. Провисание ведомой ветви должно быть в пределах (1-2)% от межосевого расстояния. Обязательным условием долговечной работы является регулярная и правильная смазка. Предпочтительны методы: непрерывная подача масла капельным способом или окунанием (для скоростей выше 5 м/с). Периодическая ручная смазка допустима только для тихоходных передач (v < 4 м/с).

Основные причины выхода из строя:

• Износ шарниров: Основной и естественный вид износа. Приводит к удлинению цепи и нарушению зацепления со звездочкой.
• Усталостное разрушение пластин: Возникает при циклических нагрузках, превышающих предел выносливости материала.
• Раскалывание роликов: Следствие ударных нагрузок или перекоса.
• Коррозия: Разрушение поверхностей в агрессивных средах без соответствующей защиты.
• Заедание в шарнирах: Результат недостаточной смазки или попадания абразивных частиц.

Области применения в энергетике и смежных отраслях

Роликовые цепи применяются в механизмах с относительно высокими скоростями и нагрузками. В энергетическом секторе они используются в приводах угле- и топливоподачи, золоудаления, дымососов и вентиляторов, механических затворов и шиберов, в системах водоподготовки. Также они широко распространены в нефтегазовой, горнодобывающей, металлургической промышленности, в конвейерных системах и машиностроении.

Ответы на часто задаваемые вопросы (FAQ)

Чем отличается цепь серии «A» от серии «B»?

Цепи серии «A» (редуцированные) имеют несколько меньшие размеры при том же шаге, чем цепи серии «B» (нормальные). Например, внутренняя ширина и диаметр ролика у цепи 16A меньше, чем у 16B. Это делает цепи «A» легче, но и менее нагрузочными. В современной практике, особенно в Европе и России, более распространены и взаимозаменяемы цепи серии «B» (ISO/ГОСТ).

Как определить износ цепи и когда ее нужно менять?

Критерием износа является относительное удлинение цепи. Замеряется длина N звеньев в натянутом состоянии (обычно 10 или 20 звеньев). Износ считается недопустимым, если фактическая длина превышает номинальную более чем на 2-3% (для точных передач) или 3-6% (для общих передач). Также признаками износа являются повышенный шум, «подскакивание» цепи на звездочке и видимое радиальное биение.

Можно ли соединять цепи разного шага или производителя?

Категорически не рекомендуется. Даже цепи одного шага, но разных производителей, могут иметь незначительные отличия в геометрии, что приведет к неравномерному распределению нагрузки, ускоренному износу и возможному обрыву. Соединение цепей разного шага технически невозможно для формирования замкнутого контура.

Какая смазка предпочтительна для роликовых цепей?

Лучшей является чистое минеральное или специальное цепное масло с антиизносными присадками, обладающее хорошей проникающей способностью и адгезией. Консистентные смазки (типа «Литол») не рекомендуются для высокоскоростных цепей, так как не проникают глубоко в шарниры и могут задерживать абразив. Для цепей, работающих в условиях пыли, иногда применяют смазки в виде липкого аэрозоля.

Что важнее при выборе: разрушающая нагрузка или износостойкость?

Для подавляющего большинства приводов, работающих в длительном режиме, основным критерием является износостойкость. Разрушающая нагрузка (статическая прочность) служит для проверки на кратковременные пиковые перегрузки. Цепь, подобранная по критерию износостойкости, как правило, имеет многократный запас по статической прочности.

Как правильно хранить цепи до монтажа?

Цепи должны храниться в оригинальной упаковке в сухом, отапливаемом помещении. Длительное хранение на открытом воздухе приводит к коррозии. Перед монтажом цепь следует очистить от консервационной смазки (если она не является рабочей) и промыть в керосине или масле.