Цепи втулочно-роликовые однорядные

Цепи втулочно-роликовые однорядные: конструкция, стандарты, применение и подбор

Цепи втулочно-роликовые однорядные представляют собой ключевой тип приводных цепей, предназначенных для передачи механической энергии между двумя или более параллельными валами. Их основная функция – эффективная и надежная передача крутящего момента в условиях значительных нагрузок и средних скоростей. Конструктивная особенность данных цепей заключается в наличии втулки, которая непосредственно контактирует с зубьями звездочки, и свободно вращающегося ролика, который уменьшает трение и износ как цепи, так и звездочки в момент зацепления.

Конструкция и составные элементы

Каждое звено однорядной втулочно-роликовой цепи состоит из следующих деталей, собранных в строгой последовательности:

• Внешние пластины: Соединяют оси (пины) через втулки соседних внутренних звеньев. Выполняют функцию несущего элемента, воспринимающего растягивающую нагрузку.
• Внутренние пластины: Прессуются на концы втулок, образуя внутреннее звено. Вместе с втулкой формируют неразборный узел.
• Втулка: Полая закаленная деталь, запрессованная во внутренние пластины. Неподвижна относительно пластин. Непосредственно контактирует с пином шарнира и является посадочным местом для ролика.
• Ролик: Надевается свободно на втулку. Его функция – уменьшение ударных нагрузок и трения при входе цепи на звездочку, так как он предварительно обкатывается по зубу, обеспечивая плавное зацепление.
• Ось (Пин): Стальной закаленный стержень, проходящий через втулку и соединяющий внешние пластины с внутренним звеном. Обеспечивает шарнирное соединение. Может быть выполнен в виде шплинтуемого валика или иметь прессовую посадку во внешних пластинах.

Такая конструкция обеспечивает высокую износостойкость шарнира, где трение происходит между неподвижной втулкой и вращающимся пином, а ролик защищает втулку и зуб звездочки от прямого удара.

Стандарты и маркировка

Подавляющее большинство втулочно-роликовых цепей производится в соответствии с международным стандартом ISO 606 (в Европе – DIN 8187, в США – ANSI B29.1). Стандарт устанавливает основные размеры, допуски и критерии прочности.

Маркировка цепи имеет вид: Цепь [Шаг] x [Ширина внутреннего звена]. Например, цепь 16B-1 или 16B. Буква «B» в маркировке указывает на серию (в данном случае – американский стандарт ANSI B29.1M). Цепи серии «A» (ANSI) имеют иные пропорции. Цепь без буквы или с буквой «B» в метрическом исполнении (ISO) часто обозначается просто цифрами, например, 08B-1 (соответствует старому обозначению ПР-12,7).

Основные параметры популярных типоразмеров цепей по ISO 606 (серия B/европейская)

Обозначение цепи	Шаг, P (мм)	Внутренняя ширина, b1 (мм)	Диаметр ролика, d1 (мм)	Диаметр валика, d2 (мм)	Прочность на растяжение, мин. (кН)
06B	9.525	5.72	6.35	3.28	8.9
08B	12.70	7.75	8.51	4.45	17.8
10B	15.875	9.65	10.16	5.08	22.2
12B	19.05	11.68	12.07	5.96	28.9
16B	25.40	15.75	15.88	7.94	52.7

Материалы и термообработка

Качество и долговечность цепи определяются материалами и технологией упрочнения:

• Пластины: Изготавливаются из средне- или высокоуглеродистой стали (например, сталь 45, 50, 65Mn). Для повышения усталостной прочности применяется цементация или закалка с последующим отпуском.
• Втулки и ролики: Производятся из цементируемых сталей. После обработки цементацией и закалкой достигается высокая поверхностная твердость (55-65 HRC) при вязкой сердцевине, что критически важно для сопротивления износу и ударным нагрузкам.
• Оси (пины): Также изготавливаются из цементируемых сталей и подвергаются сквозной или поверхностной закалке для обеспечения износостойкости шарнира.

Для работы в агрессивных средах (повышенная влажность, химические пары) цепи могут изготавливаться из нержавеющих сталей (например, AISI 304, AISI 316) или иметь специальное защитное покрытие (цинкование, оксидирование, кадмирование).

Критерии выбора и расчет привода

Подбор втулочно-роликовой цепи для конкретного привода – инженерная задача, требующая учета множества факторов. Упрощенный алгоритм включает следующие шаги:

1. Определение передаваемой мощности (P) и частоты вращения ведущей звездочки (n1).
2. Выбор предварительного шага цепи. Чем выше скорость, тем меньший шаг рекомендуется для снижения динамических нагрузок и шума. Для тихоходных приводов с большими нагрузками выбирают цепи с большим шагом.
3. Расчет коэффициента эксплуатации (Kэ). Kэ = K1 K2 K3 K4 K5
4. K6, где:
• K1 – коэффициент, учитывающий характер нагрузки (равномерная, с умеренными толчками, ударная).
• K2 – коэффициент, учитывающий межосевое расстояние (оптимальное a = (30…50)P).
• K3 – коэффициент, учитывающий способ смазки (непрерывная, капельная, периодическая).
• K4 – коэффициент, учитывающий угол наклона линии центров звездочек к горизонту.
• K5 – коэффициент, учитывающий режим работы (односменная, двухсменная).
• K6 – коэффициент, учитывающий способ регулирования натяжения цепи.
5. Определение расчетной мощности (Pр): Pр = P
6. Kэ.
7. Выбор конкретного типоразмера цепи по таблицам мощности, предоставляемым производителями, исходя из Pр и n1. При этом должна быть обеспечена достаточная безопасность по разрушающей нагрузке.
8. Определение числа зубьев звездочек и их диаметров. Минимальное число зубьев малой звездочки зависит от передаточного числа и шага. Увеличение числа зубьев ведет к плавности хода, но к увеличению габаритов.
9. Расчет геометрии привода: длины цепи в звеньях, межосевого расстояния, проверка частоты ударов цепи о зубья звездочки.

Монтаж, эксплуатация и обслуживание

Правильный монтаж и обслуживание напрямую влияют на ресурс цепной передачи.

• Монтаж: Оси валов должны быть строго параллельны, а звездочки соосны. Цепь соединяется с помощью соединительного (замкового) звена. Направление вращения должно быть таким, чтобы открытая часть замковой пластины была обращена от направления набегания цепи на звездочку. После монтажа необходимо обеспечить правильное провисание (обычно ~2% от межосевого расстояния).
• Смазка: Является важнейшим фактором долговечности. Предпочтительна непрерывная подача масла в зону зацепления. При невозможности – регулярная капельная смазка или периодическая ванна. Смазка снижает износ шарниров, отводит тепло и защищает от коррозии.
• Контроль: В процессе эксплуатации необходимо регулярно проверять степень вытяжки цепи. Критическим считается удлинение на 3% от первоначальной длины. Также контролируется износ зубьев звездочек, состояние защитных кожухов и натяжения.

Области применения

Однорядные втулочно-роликовые цепи находят применение в различных отраслях промышленности:

• Приводы общего машиностроения: станки, конвейеры, элеваторы, питатели.
• Сельскохозяйственная техника: комбайны, косилки, транспортеры.
• Подъемно-транспортное оборудование: тали, лебедки.
• Нефтегазовая и горнодобывающая промышленность: приводы буровых установок, скребковые конвейеры.
• Деревообрабатывающая и целлюлозно-бумажная промышленность.

Ответы на часто задаваемые вопросы (FAQ)

Чем втулочно-роликовая цепь принципиально отличается от роликовой?

В роликовой цепи (устаревший тип, стандарт ISO 606 серия А) ролик свободно сидит на втулке, а втулка – на пине. В втулочно-роликовой цепи втулка жестко запрессована во внутренние пластины, а ролик свободно вращается на втулке. Это повышает износостойкость шарнира, так как площадь контакта в паре «пин-втулка» больше, а износ происходит на двух раздельных поверхностях.

Как правильно определить степень износа (вытяжки) цепи?

Наиболее точный метод – измерение длины N звеньев в натянутом состоянии. Для этого измеряют расстояние между осями крайних валиков у группы из, например, 21 звена (N=20 шагов). Фактическую длину делят на номинальную (20*P). Удлинение на 1.5% свидетельствует о необходимости повышенного внимания, на 3% – цепь подлежит замене. На практике также используют метод проворачивания цепи вокруг большой звездочки: если цепь сходит с нее с заметным подъемом зубьев – износ критический.

Можно ли использовать смазку в виде консистентной смазки (литол, солидол)?

Использование консистентных смазок не рекомендуется для высокоскоростных передач. Такая смазка плохо проникает во внутренние зазоры шарнира, плохо отводит тепло и может удерживать абразивные частицы. Предпочтительно применение жидких индустриальных маловязких масел (ISO VG 68-150). Для тихоходных передач с ручной смазкой допускается использование пластичных смазок с дисульфидом молибдена, но эффективность будет ниже.

Что означает маркировка «H» или «Heavy Duty» на цепи?

Маркировка «H» (High Performance) или «Heavy Duty» указывает на цепь повышенной прочности и износостойкости. Это достигается за счет применения более качественных сталей, оптимизированной термообработки (например, сквозной закалки пластин), увеличенных диаметров валика и ролика при том же шаге. Такие цепи имеют на 15-30% более высокий показатель разрушающей нагрузки и увеличенный ресурс, но и более высокую стоимость.

Как правильно подобрать звездочку под конкретную цепь?

Звездочка должна строго соответствовать цепи по шагу (P) и ширине (b1). Ключевой параметр – профиль зуба, который нормируется стандартами (ISO 606). При выборе необходимо знать: число зубьев (Z), тип ступицы (соответствие посадочному отверстию вала), исполнение (цельная, со сменным зубчатым венцом). Материал звездочки (сталь 45, 40Х, чугун СЧ20) выбирается в зависимости от нагрузки и скорости.

Почему цепь после непродолжительной работы начинает «стрекотать» и прыгать?

Основные причины: 1) Недостаточное натяжение – чрезмерное провисание приводит к биению и соударениям. 2) Несоосность валов – вызывает перекос цепи и неравномерное зацепление. 3) Износ звездочек – изношенный профиль зуба не обеспечивает правильного ведения цепи. 4) Недостаточная или отсутствующая смазка – приводит к повышенному износу и шуму. 5) Износ самой цепи – вытянутая цепь неправильно садится на зубья.